تکنولوژی Raid

تکنولوژی Raid؛ تبدیل چند هارد دیسک به یک مجموعه واحد

واژه Raid مخفف عبارت انگلیسی «Redundant Array of Independent Disks» به‌معنای آرایه اضافی از دیسک‌های مختلف است. هدف این تکنولوژی جدید ایجاد یک کل واحد و منسجم از حداقل دو یا چند هارد دیسک مستقل است. به بیان ساده، با قرار دادن چند دستگاه هارد در کنار یکدیگر و تبدیل آن‌ها به یک هارد واحد، Raid پیاده‌سازی می‌شود. سیستم عامل نیز این مجموعه را به‌عنوان یک منبع واحد در نظر خواهد گرفت.

اتصال این هاردها به یکدیگر به صورت نرم‌افزاری یا سخت‌افزاری انجام خواهد شد که در‌واقع همان تکنولوژی Raid است. raid از دو تکنیک آینه‌سازی (Mirroring) و نواربندی (Striping) استفاده می‌کند. در تکنیک اول اطلاعات روی بیشتر از یک دیسک کپی می‌شوند و در نواربندی نیز فضای ذخیره‌سازی به واحدهایی از یک سکتور تا چند مگابایت تقسیم خواهند شد. این تکنولوژی درست مانند یک فضای ذخیره‌سازی و نرم افزار ابری، سرعت، کارایی و امنیت ذخیره داده‌ها را افزایش داده است.

انواع ذخیره سازی در RAID

RAID در واقع آرایه ای است که از دو دیسک سخت و یا بیشتر که در روی یک واحد قرار گرفته اند تشکیل یافته است. برای اینکه به آرایه RAID سه ویژگی بیشتر در مقایسه با JBOD داده شود سه مفهوم اساسی استفاده می شوند.

• Mirroring
• Striping
• Error correction

Mirroring

مفهوم Mirroring یعنی داده ها در بیش از یک دیسک نوشته شوند.مثال اساسی Mirroring آرایه RAID1 با دو دیسک می باشد. هر دو دیسک محتوای یکسانی دارند. زمانی که برای درایو اولی مشکلی پیش بیاید،  عملیات خواندن و نوشتن به شکل مستقیم در دیسک دوم انجام می شود. عملیات خواندن در ارایه های Mirroring  در مقایسه با دیسک تنها به دلیل اینکه  سیستم ، داده ها را از چندین دیسک و در یک زمان می خواند سریع تر است. اگرچه عملیات نوشتن از آنجایی که داده  ها باید  در چند دیسک به جای یک دیسک نوشته شوند، کند تر می باشد. بازسازی آرایه دیسک mirror شده بسیار آسان است  داده ها از دیسک سالم به دیسک جدید کپی می شوند . در طول بازسازی کارایی خواندن کاهش پیدا می کند . چرا که تنها یک دیسک mirror قابل استفاده می باشد.

Striping

عملیات جداسازی داده ها از چندین دیسک است.برای مثال آرایه  RAID 0  داده ها را در دو دیسک قرار می دهد که این کار تنها کارآیی را افزایش می دهد. عملیات خواندن و نوشتن در آرایه ی Striping در مقایسه با دیسک های تکی سریع تر می باشد.

Error correction

داده های parity را با روشی که به آنها اجازه یافته شدن و احتمال تصحیح مشکلات را بدهد بر روی دیسک ذخیره می کند.RAID5 مثال خوبی از مکانیزم تصحیح خطا است .مثلا آرایه RAID5 از سه نوار داده در دو دیسک اول تشکیل یافته و parity را در دیسک سومی قرار می دهد. مکانیزم تصحیح خطا باعث کاهش کارایی خصوصا در عملیات نوشتن می شود چراکه هم داده و هم parity باید نوشته شود.

طراحی شمای raid شامل حفاظت از داده و کارایی آن می شود . با توجه به نیازهای سرور شما باید پیکربندی مناسب RAID را انتخاب نمایید .

انواع raid

همانطور که در بالا اشاره شد، تکنولوژی RAID انواع و سطح بندی متفاوتی داردکه در ادامه انواع رید را به شما معرفی خواهیم کرد:

• Raidاستاندارد
• Raid ترکیبی
• Raid غیر استاندارد

در ادامه با معرفی هر raid با تفاوت raid ها آشنا می شوید:

تکنولوژی raid 0 چیست ؟

در تعریف raid و انواع آن ابتدا به بررسی raid 0 می پردازیم، RAID 0 اولین و ساده‌ترین نوع RAID می‌ باشد که به صورت معمول بر روی سیستم‌ عامل ‌ها وجود دارد. در صورتی که در Disk Management سیستم خود دو هارد را با هم به صورت Dynamic و Strip متصل کرده باشید در اصل از این حالت RAID استفاده نموده ‌اید. همانطور که گفته شد دو حالت Stripped و Spanned از انواع RAID 0 می ‌باشد. در این حالت تمام هاردها بدون هیچ هارد رزرو و جایگزین، به صورت متوالی به هم متصل می‌شوند. سرعت در این مدل RAID بسیار بالا می‌باشد و تقریباً از مجموع تمام حجم هاردها می ‌توان استفاده نمود. این مدل  RAID باید حداقل دو عدد هارد بر روی سیستم یا Storage وجود داشته باشد.

تکنولوژی raid 1

این مدل تقریباً یکی از امن ‌ترین انواع raid در سرورها می ‌باشد. در مدل RAID 1 که حتماً تعداد زوج هارد باید بر روی سیستم یا Storage موجود باشد، نیمی از هاردها به صورت هاردهای رزرو آنلاین برای نیمی دیگر از آنها در نظر گرفته می‌شوند. بدین صورت که در هنگام نوشتن یک فایل بر روی هارد اصلی، یک کپی به عنوان پشتیبان نیز بر روی هارد رزرو نوشته می‌شود. در این حالت سرعت RAID نصف حالت معمول است زیرا عملیات نوشتن دو بار صورت می‌گیرد. اما در صورتی که به هر دلیلی هاردی کامل از بین برود، یک هارد پشتیبان از آن در دستگاه وجود داشته و می‌ توان بدون هیچ مشکل یا قطعی در سیستم، از هارد رزرو استفاده کرد. در مراکز مهم که امنیت بسیار اهمیت بالاتری نسبت به سرعت دارد، از این نوع RAID در انواع هاردهای سیستم‌ ها استفاده می‌شود (دو مدل اول معمولاً بر روی Workstationها اعمال می‌شود و معمولاً در Storageها به دلیل مشکلات موجود استفاده نمی‌شوند).

تکنولوژی raid 2

تکنولوژی raid 2 تکنیکی است که از کد Hamming برای تصحیح خطاها استفاده می‌کند Raid 2 از نواربندی در دیسک‌ها و برای تامین امنیت داده از ECC استفاده می‌کند. تکنولوژی RAID 2 به دلیل هزینه بالا و اجرای سخت هم اکنون منسوخ شده است. این رید از نوع ریدهای غیر استاندارد است.

تکنولوژی raid 3

Raid 3 یکی دیگر از انواع raid است که در آن از نواربندی اطلاعات استفاده می‌شود، و یک هارد دیسک را برای ذخیره اطلاعات parity اختصاص داده است. با استفاده از ECC امکان تشخیص خطاها در raid 3 امکان پذیر می‌باشد.

تکنولوژی raid 4

RAID 4 شباهت زیادی به RAID 3 دارد. تفاوت اصلی در نحوه به اشتراک گذاری داده‌ها می‌باشد. این Raid از نوارهای بزرگ استفاده می‌کند. بدین معنی که شما می‌توانید هر رکوردی را از هر درایوی بخوانید. این توزیع به طور چشم‌گیری عملکرد را افزایش می‌دهد. RAID 4 برای پیاده سازی و پیکربندی کامل حداقل به سه دیسک نیاز دارد.

تکنولوژی raid 5 چیست ؟

در مدل  RAID 5 حداقل به ۳ دیسک نیاز است. همانند RAID 1 اطلاعات به‌ صورت Mirroring در دیسک‌ ها ذخیره می‌شود. همچنین یک کد parity در بین دیسک‌ ها پخش می‌شود که باعث افزایش کارایی می‌گردد و در هنگام بروز مشکل می‌توان اطلاعات از دست رفته را توسط آن بازیابی کرد. در مقایسه با RAID 1 این سطح ، سرعت کمتری در نوشتن اطلاعات دارد. زیرا زمانی هم برای نوشتن اطلاعات parity مورد نیاز است. در حال حاضر یکی از پرکاربردترین مدل‌ های RAID در انواع Storage ها همین حالت RAID 5 می‌باشد و اکثر قریب به اتفاق Storage ها و برخی از سیستم‌های Workstation خانگی یا اداری از این مدل برای شناسایی تعداد بالای هاردها استفاده می‌کند.

گونه ای از دیسک ها به نام Hot spare نیز وجود دارد که به عنوان پشتیبانی برای آرایه RAID به کار می روند . این دیسک ها به صورت فیزیکی در آرایه نصب شده وتا زمانیکه دیسک های فعال از کار بیفتند غیر فعال هستند. کنترلر RAID به صورت اتوماتیک درایوهای fail را با دیسک spare تعویض می کند و شروع به ایجاد مجدد  فرآیند ها برای آرایه می نماید.  برای مثال آرایه ی RAID5 با یک دیسک Hotspare مساوی تعداد دیسک های  RAID6 بوده و  از نظر حفاظت در هنگام به وجود آمدن  خطا تسهیلات بیشتری را فراهم می کنند.

تکنولوژی raid 6

این مدل نیز مانند RAID 5 می‌باشد با این تفاوت که تعداد هارد رزرو آفلاین در مدل RAID 6 به دو عدد افزایش یافته است. این کار باعث افزایش ضریب امنیت در این مدل RAID نسبت به مدل RAID 5 شده است. این مدل از جدیدترین مدل‌های RAID می‌ باشد و به همین خاطر با وجود امنیت و سرعت بالاتر نسبت که RAID 5 ، همچنان تعداد کمتری از Storageها در اقصی نقاط دنیا از این مدل استفاده می‌کنند.

تکنولوژی raid 10

مدل RAID 10 یکی دیگر از انواع RAID می باشد که از ترکیب دو حالت RAID 0 و RAID 1 تشکیل می‌شود. برای مثال در صورتی که ۶ هارد داشته باشیم ، این هاردها با هم RAID 1 شده و امنیت بالایی را به وجود می‌آورند و تعداد ۳ هارد باقیمانده نیز به صورت RAID 0 شده تا سرعت نوشتن بر روی این هاردها نیز به نسبت افزایش یابد (لازم به ذکر است که سرعت در این روش نسبت به حالت RAID 5 , 6 کمتر است).

تکنولوژی raid 50

در مدل RAID 50 نیز از ترکیب دو حالت RAID 0 و RAID 5 استفاده شده است. در برخی از Storageهای معمول ، تنها تعداد محدودی از هارد را می‌توان RAID 5 نمود. این مشکل با معرفی حالت RAID 50 تا حدی برطرف شده است. امروزه در این مدل Storage ها ، در ابتدا تمام هاردها به بخش ‌های کوچک‌ تر تقسیم شده و هر قسمت به صورت RAID 5 تنظیم می‌ شوند. در نهایت تمام بسته‌ های RAID 5 با هم به صورت RAID 0 تنظیم می‌شود تا امکان دسترسی به تمام هاردها و حجم آنها برای کاربران وجود داشته باشد.
لازم به ذکر است در حالت RAID 5 , 6 ، ظرفیت نهایی Storage به دلیل استفاده از هاردهای رزرو و ساختار داخلی این RAIDها پایین می ‌باشد. برای مثال اگر شما Storage با ظرفیت ۲۴ عدد هارد داشته باشید و تمام هاردهای شما نیز ظرفیت ۲ ترابایت داشته باشند ، ظرفیت نهایی در حالت RAID 5 برابر با ۴۰ ترابایت خواهد شد (در حالت معمول باید این مقدار ۴۸ ترابایت باشد).

رید‌های ترکیبی یا تو در تو (Nested RAIDs)

در زیر برخی از انواع raid را که ترکیبی از ریدهای استاندارد هستند معرفی خواهیم کرد:

• Raid 10
• Raid 50
• Raid 01 :Raid 01 از ترکیب RAID 1 و RAID 0 به دست آمده‌است. یعنی سرعت بالای Raid 0 و امنیت raid 1 را دارد. RAID 0 + 1 به عنوان RAID 0 پیاده سازی می‌شود و عناصر آن RAID 1 است و برخلاف Raid 10 ابتدا اطلاعات کپی می‌شوند و سپس نواربندی می‌شوند. همچنین اجرای تکنولوژی raid 01 بسیار آسان‌تر از raid 3 , raid 5 , raid 6 می‌باشد. یکی از معایب رید هزینه بالای آن است.
• Raid 60  :RAID 60نیز ترکیبی از raid 0 و raid 6 می‌باشد. پیکربندی در raid 60 به این شکل است که نیاز به ۸ هارد داریم و اطلاعات بین دو دسته هاردی که بصورت raid6 می‌باشند بصورت نواری توزیع می‌شود. یکی از مزایای رید۶۰ این است که اگر سیستم نیز دچار مشکلی شود باز می‌تواند بدون وقفه به کار خود ادامه دهد.

مزایای استفاده از RAID چیست؟

• کاهش هزینه‌ها
  • افزایش کارایی با استفاده از چند هارد دیسک
  • بالا رفتن سرعت خواندن و نوشتن
  • سرعت بازیابی بالا
  • تامین افزونگی برای هارد از دیگر مزایای رید است.

معایب استفاده از RAID

• زمانی که درایوی خراب شود امکان خرابی در دیگر درایوهای آرایه نیز امکان پذیر است.
  • با خراب شدن یک درایو امکان از دست رفتن اطلاعات وجود دارد.
  • RAID نرم افزاری کندتر از RAID سخت افزاری عمل می‌کند.